毛白楊生長素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)因子基因的分離與功能的初步分析.pdf

1、生長素是發(fā)現(xiàn)最早、最經(jīng)典的植物激素之一,參與調(diào)控植物的許多生長發(fā)育過程。研究生長素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)有利于解釋生命現(xiàn)象和揭示生命機(jī)理。 楊屬(Populus)是木本植物生物學(xué)研究的模式植物,組織培養(yǎng)技術(shù)成熟,具有基因組小(約500 Mbp)等特點(diǎn),也是我國的優(yōu)良樹種。2004年毛果楊(P.trichocarpa)基因組測序已經(jīng)完成。 文章以毛白楊為研究對象,研究生長素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)因子基因在毛白楊發(fā)育過程中的作用,克隆出3個相關(guān)基因,分

2、別命名為PtPIN1、PtIAA1和PtTIR1。同源性分析顯示PtPIN1與苜蓿MtPIN1和擬南芥的AtPIN7的同源性分別高達(dá)82％和79％；PtIAA1與擬南芥Aux/IAA家族的AtIAA16的同源性最高(70％);PtTIR1與其他植物TIR類蛋白同源性也較高,最高的為葡萄(80％)。系統(tǒng)進(jìn)化樹分析顯示PtPIN1屬于生長素輸出載體PIN類家族,PtIAA1屬于生長素快速響應(yīng)因子Aux/IAA家族的α亞族,PtTIR1屬于F

3、-box家族C4亞族的α組,編碼生長素受體。 為了解PtPIN1、PtIAA1和PtTIR1基因的功能,構(gòu)建了它們的表達(dá)載體,并進(jìn)行了PtTIR1的毛白楊和擬南芥的遺傳轉(zhuǎn)化。利用本實(shí)驗(yàn)室已構(gòu)建的毛白楊生長素輸入載體基因的PtAUX1表達(dá)載體,進(jìn)行了擬南芥的遺傳轉(zhuǎn)化。RT-PCR檢測PtAUX1和PtTIR1的轉(zhuǎn)基因植株,分析轉(zhuǎn)化植株表型和離體條件下的形態(tài)發(fā)生。 超表達(dá)35::PtAUX1轉(zhuǎn)擬南芥植株出現(xiàn)了匍匐生長,背向性

4、實(shí)驗(yàn)中莖不發(fā)生90°向上彎曲。PtAUX1調(diào)節(jié)根的向地性,促進(jìn)根的伸長和側(cè)根的發(fā)生,對生長素IAA十分敏感。PtAUX1影響各器官的發(fā)育過程,普遍出現(xiàn)透明和增生,使表皮毛數(shù)目增多、較多的二叉分支,葉片卷曲、呈殼斗狀：花器官畸形,如花萼邊緣透明、卷曲、長有葉狀結(jié)構(gòu)、多處增生,花瓣透明、不張開、形狀狹長或極短,改變了四強(qiáng)雄蕊的特性等,甚至有的雄蕊無花絲,花藥粘狀、散落困難。PtAUX1轉(zhuǎn)擬南芥出現(xiàn)了各種形狀的果實(shí)。上述結(jié)果表明PtAUX1基

5、因通過生長素極性運(yùn)輸,促進(jìn)各組織、細(xì)胞對內(nèi)源生長素IAA的吸收,進(jìn)而參與頂端分生組織的形成,影響植株形態(tài),以及表皮毛、根、莖、葉、花和果實(shí)各器官的形態(tài)和發(fā)育過程。 35S::PtTIR1轉(zhuǎn)毛白楊和擬南芥的表型結(jié)果顯示,PtTIR1促進(jìn)植株的生長,調(diào)節(jié)植株的向光性,不改變根的向地性但促進(jìn)根的伸長和側(cè)根的發(fā)生,影響葉片的發(fā)育。轉(zhuǎn)化毛白楊過程出現(xiàn)顯著區(qū)別于野生型的芽體,如初為玉白色的花瓣?duì)钛矿w后局部出現(xiàn)紅褐色,有的芽體為透明的棒狀結(jié)構(gòu),甚至無

6、菌苗在生根培養(yǎng)基上出現(xiàn)根上長芽的情況。這些表型與PtAUX1轉(zhuǎn)擬南芥的表型有許多相似處,也符合生長素的作用特點(diǎn),結(jié)果說明PtTIR1通過調(diào)控生長素在植物體內(nèi)的極性分布影響頂端分生組織的形成,促進(jìn)植株的生長,調(diào)控向性反應(yīng),調(diào)節(jié)根和葉片的發(fā)育,可能參與了花器官的發(fā)育。 這些結(jié)果初步揭示了PtAUX1和PtTIR1基因的功能,證實(shí)了生長素極性運(yùn)輸在植物生長發(fā)育過程中的重要作用。我們認(rèn)為PtAUX1促進(jìn)生長素快速響應(yīng)因子PtIAA1與生